一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜，包括计算机、光谱仪、分光棱镜、色散棱镜、针孔PA、针孔PB、白光光源与M点，所述光谱仪与计算机电连接，所述色散棱镜位于分光棱镜的一侧，所述针孔PA固定设置在光谱仪的发射端，所述针孔PB固定设置在色散棱镜的顶部，所述白光光源位于色散棱镜的上方，所述M点位于色散棱镜的下方。该用于光谱共焦位移传感器的色散物镜，使得色散物镜的聚焦光点明显变小，提高了横向分辨率，同时反射光解谱后的能量分布的全高半宽的减小，提高了系统的测试精度，色散物镜的球差减小提高了系统测试的稳定性；同时简化了色散物镜的结构。同时简化了色散物镜的结构。同时简化了色散物镜的结构。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜


[0001]本技术涉及一种色散物镜，特别涉及一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜。

技术介绍

[0002]光谱共焦在位移量、焦点位置跟踪以及三维形貌的测量方面有诸多应用，早在上世纪七十年代，学者Courtney Pratt等人提出一种可以使用显微镜物镜的色差进行表面形貌检测的技术；之后Molesini等学者使用一组色差经特殊设计的镜头，搭建了一台基于光谱共焦原理的表面轮廓仪；Boyde.A等人将其推广应用到了给显微镜领域带来革命性变化的共焦显微镜技术中去。此后，国外很多学者都对基于光谱共焦原理的测量技术进行了深入研究，并在测量领域衍生出许多应用实例：如表面轮廓及形貌的测量、亚微米量级精细结构的测量、半导体工业和汽车制造业中的位移测量、光学玻璃及生物薄膜的厚度测量、油漆与印刷行业的颜色测量等。目前，发达国家对该技术的掌握已十分成熟，市场上已有工业级的光谱共焦相关产品出现，工作频响达千赫兹以上。
[0003]光谱共焦位移传感器是基于共焦原理采用宽谱光源的非接触式传感器，其最高精度可以到亚微米级别，几乎可以测量所有材质表面，由于其非接触、高精度的特点所以应用广泛。光谱共焦的关键技术之一是利用光谱波长对距离进行编码，然后采用光电转换器件对编码进行解码。现有方法中，色散物镜的设计主要有两个目标：一是实现轴向的色散范围(既业界熟知的测量范围)，二是轴上球差的矫正。由于加工成本以及实现难度的限制，通常存在残余球差，而残余球差的存在直接影响返回光束在光谱解码系统中光束能量的全高半宽，降低了谱峰定位的精度，从而影响光谱共焦系统的测量精度。同时残余球差的存在，增大了聚焦光点的光斑尺寸，大的光斑尺寸直接影响了光谱共焦系统的横向分辨率。理论上，从几何光学的角度来看，光轴中心光线包括所有波长的光，这些光在被测面反射(散射)回光谱解码系统后，同样增大了光束能量的全高半宽，降低了谱峰定位的精度。在光学设计领域，通常轴上球差的矫正的最大残余量发生在0.707光瞳位置，这个位置的球差残余量同样增大了光束能量的全高半宽，降低了谱峰定位的精度。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本技术提供一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0006]一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜，包括计算机、光谱仪、分光棱镜、色散棱镜、针孔PA、针孔PB、白光光源与M点，所述光谱仪与计算机电连接，所述色散棱镜位于分光棱镜的一侧，所述针孔PA固定设置在光谱仪的发射端，所述针孔PB固定设置在色散棱镜的顶部，所述白光光源位于色散棱镜的上方，所述M点位于色散棱镜的下方。
[0007]优选的，沿所述M点，在色散棱镜以及其以下部分为非通光部分，M点至色散棱镜以
及其以下部为环形通光部分。
[0008]优选的，所述针孔PA为出光小孔或者光纤出光端。
[0009]优选的，所述针孔PB的通光部分为非连续分布。
[0010]优选的，在所述针孔PB的中心预定范围具有阻碍光线传播的区域。
[0011]优选的，在色色散棱镜的残余最大球差带的预定范围具有阻碍光线传播的区域。
[0012]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0013]本技术通过光栏结构的优化设计，使色散物镜的聚焦光点明显变小，提高了横向分辨率，同时反射光解谱后的能量分布的全高半宽的减小，提高了系统的测试精度，色散物镜的球差减小提高了系统测试的稳定性；同时简化了色散物镜的结构。
附图说明
[0014]图1为本技术色散物镜结构示意图。
[0015]图中标记：1、计算机；2、光谱仪；3、分光棱镜；4、色散棱镜；5、针孔PA；6、针孔PB；7、白光光源；8、M点。
具体实施方式
[0016]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0017]请参阅图1，本技术提供一种技术方案：一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜，包括计算机1、光谱仪2、分光棱镜3、色散棱镜4、针孔PA5、针孔PB6、白光光源7与M点8，光谱仪2与计算机1电连接，色散棱镜4位于分光棱镜3的一侧，针孔PA5固定设置在光谱仪2的发射端，针孔PB6固定设置在色散棱镜4的顶部，白光光源7位于色散棱镜4的上方，M点8位于色散棱镜4的下方；
[0018]沿M点8，在色散棱镜4以及其以下部分为非通光部分，M点8至色散棱镜4以及其以下部为环形通光部分，针孔PA5为出光小孔或者光纤出光端，针孔PB6的通光部分为非连续分布，在针孔PB6的中心预定范围具有阻碍光线传播的区域，在色色散棱镜4的残余最大球差带的预定范围具有阻碍光线传播的区域。
[0019]工作原理：对针孔PA5没有特别限制，例如可以是出光小孔或者光纤出光端，针孔PA5出射的光束依次经针孔PB6、色散棱镜4后，不同波长的光沿光轴方向色散开，形成色散光束，不同的距离对应不同的波长，包括第一环形通光部分和设置于第一环形通光部分外围的第二环形通光部分，分光棱镜3的通光部分被划分为两部分：在色散棱镜4以及其以下部分为非通光部分，M点8至色散棱镜4以及其以下部为环形通光部分，物镜的分光棱镜3结构具有非连续分布，物镜的孔径光栏在中心一定范围内为阻碍光线传播，物镜的孔径光栏在色散物镜残余最大球差带的特定区域为阻碍光线传播，为归一化光栏的半径值。
[0020]最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本技术的技术方案，而非对本技术保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本技术的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本技术技术方案的实质和范围。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜，其特征在于，包括计算机(1)、光谱仪(2)、分光棱镜(3)、色散棱镜(4)、针孔PA(5)、针孔PB(6)、白光光源(7)与M点(8)，所述光谱仪(2)与计算机(1)电连接，所述色散棱镜(4)位于分光棱镜(3)的一侧，所述针孔PA(5)固定设置在光谱仪(2)的发射端，所述针孔PB(6)固定设置在色散棱镜(4)的顶部，所述白光光源(7)位于色散棱镜(4)的上方，所述M点(8)位于色散棱镜(4)的下方。2.根据权利要求1所述的一种用于光谱共焦位移传感器的色散物镜，其特征在于，沿所述M点(8)，在色散棱镜(4)以及其以下部分为非通光部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：随岁寒，娄光路，彭丹华，刘力力，何细华，
申请(专利权)人：无锡金元启信息技术科技有限公司，
类型：新型
国别省市：